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1、化工生产过程中的基本问题走进化学工业第1页，本讲稿共25页化工生产过程中的基本问题化工生产过程中的基本问题课题一课题一第2页，本讲稿共25页化工生产过程:v(1)确定化学反应原理确定化学反应原理v(2)选择原料选择原料v(3)选择设备和工艺流程选择设备和工艺流程v(4)三废处理三废处理(环境保护环境保护)v(5)能源的利用能源的利用(综合经济利益综合经济利益)v(6)其它问题其它问题(如厂址，成本，反应条件等问题）如厂址，成本，反应条件等问题）第3页，本讲稿共25页硫酸的用途硫酸的用途第4页，本讲稿共25页硫酸的性质硫酸的性质v(1)物理性质:硫酸是一种无色硫酸是一种无色,难挥发难挥发,易溶于
2、水易溶于水的油状液体。的油状液体。v浓硫酸溶于水时会放出大量的热。因此浓硫酸溶于水时会放出大量的热。因此,稀释硫稀释硫酸时应该把酸时应该把_倒到倒到_中中,并并_.v(2)化学性质化学性质:v浓硫酸具有酸性浓硫酸具有酸性,_性性,_性和性和_性性.浓硫酸浓硫酸水水不断搅拌不断搅拌吸水吸水脱水脱水强氧化强氧化第5页，本讲稿共25页思考思考:自然界中有没有天然的硫酸，若无，自然界中有没有天然的硫酸，若无，硫存在方式？硫存在方式？工业上如何制取硫酸工业上如何制取硫酸?第6页，本讲稿共25页硫酸生产反应式S(s)+O2(g)SO2(g)燃烧燃烧(一一)硫酸工业生产的原理硫酸工业生产的原理SO3(g)+
3、H2O(l)H2SO4(l)第一步：第一步：第二步：第二步：第三步：第三步：以硫磺为原料以硫磺为原料:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)催化剂催化剂 加加 热热(造气造气)(催化氧化催化氧化)(吸收吸收)工业中通常用工业中通常用98%的硫酸溶液代替水来吸收的硫酸溶液代替水来吸收SO34FeS2(S)+11 O2(g)2Fe2O3(s)+8SO2(g)高高 温温第7页，本讲稿共25页硫酸生产反应式(二二)硫酸工业硫酸工业原料的选择原料的选择S(s)+O2(g)SO2(g)高高 温温4FeS2(S)+11 O2(g)2Fe2O3(s)+8SO2(g)高高 温温硫磺or黄铁矿？需考虑哪些因素？
4、第8页，本讲稿共25页制取硫酸制取硫酸流程图流程图P5图图1-2H2SO4SO3SO2SFeS2H2OO2O2O2V2O5概括为：三个阶段，三个方程，三个设备概括为：三个阶段，三个方程，三个设备第9页，本讲稿共25页(三三)硫酸工业生产的三个主要设备硫酸工业生产的三个主要设备沸沸 腾腾 炉图片炉图片接接 触触 室图片室图片98.3%H2SO4SO2 O2SO2 O2SO2 O2第10页，本讲稿共25页4FeS2+11O2 =2Fe2O3+8SO2高温高温主要反应：主要反应：主要设备：主要设备：沸腾炉沸腾炉1.1.二氧化硫的制取和净化二氧化硫的制取和净化炉炉气气SO2 O2 N2水蒸气水蒸气 砷
5、和硒的化合物砷和硒的化合物矿尘矿尘使催化剂中毒使催化剂中毒对设备和生产有不良影响对设备和生产有不良影响净化措施：净化措施：除尘除尘洗涤洗涤干燥干燥废渣的利用：废渣的利用：炼铁、制造水泥、制砖、提炼贵重金属炼铁、制造水泥、制砖、提炼贵重金属黄铁矿黄铁矿黄铁矿黄铁矿空气空气空气空气炉渣炉渣炉渣炉渣炉气炉气炉气炉气第11页，本讲稿共25页2.2.二氧化硫氧化成三氧化硫二氧化硫氧化成三氧化硫接触室接触室 （转化器）（转化器）400-500V2O52SO2(g)+O2(g)2SO3(g)主要反应：主要反应：主要设备：主要设备：二氧化硫与氧气是在催化剂的表面上二氧化硫与氧气是在催化剂的表面上二氧化硫与氧气
6、是在催化剂的表面上二氧化硫与氧气是在催化剂的表面上接触时起反应的，接触室和接触法的接触时起反应的，接触室和接触法的接触时起反应的，接触室和接触法的接触时起反应的，接触室和接触法的名称由此而得。名称由此而得。名称由此而得。名称由此而得。第12页，本讲稿共25页3.三氧化硫的吸收和硫酸的生成三氧化硫的吸收和硫酸的生成吸收塔吸收塔SO3+H2O=H2SO4为什么不用水来吸收三氧化硫？为什么不用水来吸收三氧化硫？三氧化硫与水化合时，放出大量热。三氧化硫与水化合时，放出大量热。易形成酸雾，不利于三氧化硫的吸收。易形成酸雾，不利于三氧化硫的吸收。产物叫产物叫发烟硫酸发烟硫酸主要反应：主要反应：主要设备：主
7、要设备：第13页，本讲稿共25页3.三氧化硫的吸收和硫酸的生成三氧化硫的吸收和硫酸的生成吸收塔吸收塔 SO3+H2O=H2SO4主要反应：主要反应：主要设备：主要设备：SO3浓浓H2SO4超浓超浓H2SO4至尾气处理至尾气处理Ca(OH)2+SO2=CaSO3+H2OCaSO3+H2SO4=CaSO4+H2O+SO2循环利用循环利用尾气吸收尾气吸收第14页，本讲稿共25页(三三)硫酸工业生产的三个主要设备硫酸工业生产的三个主要设备沸沸 腾腾 炉图片炉图片接接 触触 室图片室图片98.3%H2SO4SO2 O2SO2 O2SO2 O2第15页，本讲稿共25页v能用于测定硫酸尾气中能用于测定硫酸尾
8、气中SO2含量的是含量的是_vANaOH溶液、酚酞试液溶液、酚酞试液vBKMnO4溶液、稀溶液、稀H2SO4vC碘水、淀粉溶液碘水、淀粉溶液vD氨水、酚酞试液氨水、酚酞试液第16页，本讲稿共25页注意注意:工业生产中反应温度的选择往往还要考虑该温度下催化工业生产中反应温度的选择往往还要考虑该温度下催化剂的活性剂的活性.2SO2SO2 2(g)+O(g)+O2 2(g)2SO(g)2SO3 3(g)(g)H0催化剂催化剂应选择温度应选择温度:(1)4005000C硫酸工业生产的适宜条件硫酸工业生产的适宜条件:生产中反应条件的控制生产中反应条件的控制v思考：思考：v1、采取哪些措施能加快反应速率？
9、、采取哪些措施能加快反应速率？v2、采取哪些措施能提高、采取哪些措施能提高SO2的转化率？的转化率？v3、温度升高、温度升高,SO2的转化率的转化率_降低降低低温下催化剂的活性不高，低温下催化剂的活性不高，4005000C催化剂活性较高催化剂活性较高第17页，本讲稿共25页v思考：思考：v1、压强的增大、压强的增大,SO2的转化率的转化率_v2、是否压强越高越好、是否压强越高越好?提高提高工业生产中往往还要考虑成本和能量消耗等问题工业生产中往往还要考虑成本和能量消耗等问题硫酸工业生产的适宜条件硫酸工业生产的适宜条件:应选择压强应选择压强（2）常压常压生产中反应条件的控制生产中反应条件的控制成本
10、和能量消耗高成本和能量消耗高硫酸工业生产的适宜条件硫酸工业生产的适宜条件:生产中反应条件的控制生产中反应条件的控制第18页，本讲稿共25页v(1)(1)在在400 400 500 500 时，时，SOSO2 2的催化氧化采用常的催化氧化采用常压而不是高压，主要原因是：压而不是高压，主要原因是：v(2)(2)选择适宜的催化剂，是否可以提高选择适宜的催化剂，是否可以提高SOSO2 2的转化的转化率？率？(填填“是是”或或“否否”)，是否可以增大，是否可以增大该反应所放出的热量？该反应所放出的热量？_(_(填填“是是”或或“否否”)；v(3)(3)为提高为提高SOSO3 3吸收率，实际生产中用吸收率
11、，实际生产中用_吸吸收收SO3SO3；第19页，本讲稿共25页v(1)4005000Cv(2)常压常压v(3)催化剂：催化剂：V2O5v适当过量的空气适当过量的空气生产中反应条件的控制生产中反应条件的控制硫酸工业生产的适宜条件硫酸工业生产的适宜条件:第20页，本讲稿共25页1.如何处理尾气中的如何处理尾气中的SO2?2.如何处理废水中的酸性物质如何处理废水中的酸性物质?3.如何利用废渣和生产过程中的产生的如何利用废渣和生产过程中的产生的 大量热能大量热能?工业：工业：a（）（）a（重新利用）（重新利用）实验室：实验室：aa用石灰浆用石灰浆(Ca(OH)2或石灰石粉中和或石灰石粉中和.废渣废渣:
12、分离后循环利用分离后循环利用,剩下的作铺路用的剩下的作铺路用的沥青或用于制砖沥青或用于制砖生产中的三废处理生产中的三废处理第21页，本讲稿共25页能量的能量的充分充分利用利用硫酸生产过程中的三个化学反应都是放硫酸生产过程中的三个化学反应都是放热反应，可以充分利用这些反应放出的热反应，可以充分利用这些反应放出的热能热能(工厂里把它们叫做工厂里把它们叫做“废热废热”)以降低以降低生产成本。生产成本。第22页，本讲稿共25页小结:(本节课重点)v1.工业上接触法制硫酸概括为工业上接触法制硫酸概括为“五个三五个三”:v三种原料三种原料:v三个反应三个反应:v三个生产过程三个生产过程:v三个主要设备三个
13、主要设备:v硫酸工业生产的三个适宜条件硫酸工业生产的三个适宜条件:v2.硫酸生产中的废气及废液的处理方法硫酸生产中的废气及废液的处理方法.v硫磺硫磺(或黄铁矿或黄铁矿),空气空气,和水和水造气造气,催化氧化催化氧化,吸收吸收沸沸 腾腾 炉炉,接接 触触 室室,吸收塔吸收塔(1)低温低温(4005000C)(2)常压常压(3)适当过量的空气适当过量的空气第23页，本讲稿共25页化工生产过程:v(1)确定化学反应原理确定化学反应原理v(2)选择原料选择原料v(3)选择设备和工艺流程选择设备和工艺流程v(4)三废处理三废处理(环境保护环境保护)v(5)能源的利用能源的利用(综合经济利益综合经济利益)
14、v(6)其它问题其它问题(如厂址，成本，反应条件等问题）如厂址，成本，反应条件等问题）第24页，本讲稿共25页作业：作业：作业：作业：1 1、完成方程式：、完成方程式：_FeS_FeS2 2+_O2 2 =_ _ +_ SO2 2其中氧化产物为其中氧化产物为其中氧化产物为其中氧化产物为_还原产物为还原产物为还原产物为还原产物为_2、若、若98%98%的硫酸表示为的硫酸表示为的硫酸表示为的硫酸表示为SO3 3aHaH2 2OO，20%的发烟硫酸（的发烟硫酸（的发烟硫酸（的发烟硫酸（H H2 2SOSO4 4和和和和SOSO3 3的混合物，其中的混合物，其中的混合物，其中的混合物，其中 SO SO
15、3 3的质量分数为的质量分数为20%）可表示为）可表示为）可表示为）可表示为H2 2ObSOObSO3 则则则则a=_,b=_.a=_,b=_.（分数表示）（分数表示）（分数表示）（分数表示）3 3、分子式为、分子式为、分子式为、分子式为C C9H H8 8OO4 4的有机物符合下列条件的有机物符合下列条件的有机物符合下列条件的有机物符合下列条件 只有邻位二取代苯只有邻位二取代苯只有邻位二取代苯只有邻位二取代苯 含含含含-COOH-COOH 和和和和-COO-COO-结构结构结构结构 的同分异构体有的同分异构体有的同分异构体有的同分异构体有_种，其结构简式分别是：种，其结构简式分别是：种，其结构简式分别是：种，其结构简式分别是：第25页，本讲稿共25页